ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 3 2024 152 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Работа плазмотрона в стандартном режиме связана с образованием плазменной струи вокруг плазмообразующей дуги (рис. 1, г). Подача воды в зону резки приводит к образованию водяного тумана 18 (рис. 1, г). Наличие водяного тумана при резке ускоряет процесс охлаждения материала и дает возможность резки алюминиевых сплавов без защитной атмосферы в виде азота, так как окисление кромки для них является минимальным, а качество реза – достаточно высоким [19, 20]. Основные сложности при резке возникали на старте процесса, когда происходит зажигание пусковой дуги и далее формирование рабочей дуги 19 с плазменным столбом (рис. 1, д). В данном случае если процесс происходит в штатном режиме и образуется плазменный столб, то дуга закорачивается между листом и электродом, а плазменная струя отключается (рис. 1, г). При наличии проблем на старте возможна реализация эффекта внешнего горения дуги (рис. 1, е), когда зажигание рабочей дуги не поддерживает образования плазменной струи. Резку осуществляли по режимам, характерным для плит алюминиевых и титановых сплавов толщиной 60…100 мм. Отработка и оптимизация режимов резки толстолистового проката цветных металлов производилась ранее в работах [13–16]. Ток электрической дуги составлял от 300 до 370 А, напряжение – от 300 до 400 В, высота плазмотрона над поверхностью плиты при резке – от 16 до 25 мм. Давление газа составляло от 2,0 до 4,0 бар, давление воды в системе до входа в контур охлаждения плазмотрона – 6 бар, зазор между соплом и электродом – от 0,5 до 2,0 мм. Скорость резки – от 250 до 3000 мм/мин. В качестве плазмообразующего газа использовался воздух. Основной целью работы являлось описание характерных картин износа сопел и электродов плазмотрона в процессе эксплуатации и выявление причин их появления. После получения экспериментальных образцов изношенных сопел и электродов плазмотронов в различных режимах из них электроэрозионным методом (станок DK7750) производилась вырезка металлографических шлифов для структурных исследований. Структурные исследования проводились на оптическом микроскопе «Альтами МЕТ 1С», лазерном сканирующем микроскопе Olympus LEXT 4100 и растровом электронном микроскопе Zeiss LEO EVO 50. Результаты и их обсуждение Плазменная резка толстолистового проката на токах более 300 А приводит к значительным повреждениям расходных элементов (рис. 2). Наиболее существенные повреждения происходят в момент запуска процесса при работе пусковой дуги, после чего основным механизмом изнашивания сопла и электрода является эрозия при взаимодействии с газоплазменным потоком. На начальном этапе процесса особое значение имеет точность сопряжения между соплом и электродом, зазор в котором для плазмотрона данной конструкции должен быть примерно 1,0–1,5 мм. При низкой величине зазора повышается риск длительного двойного дугообразования на этапе работы или замыкания к разрядной камере при включении, что может привести к катастрофическому выходу из строя рабочих элементов (рис. 2, в, г). Одной из причин выхода из строя плазмотронов может являться оплавление отверстий в завихрителе, приводящее к резкому повышению температуры в полости между электродом и соплом за счет отсутствия отвода тепла потоком газа (рис. 2, д, е). В результате резко оплавляется металл сопла и электрода и перекрывается отверстие в сопле. Процесс постепенного изнашивания материала сопла и электрода в основном связан с высокотемпературной эрозией при взаимодействии меди с потоком плазмы и газа (рис. 2, ж–м). Этот процесс может дополнительно осложняться работой пусковой дуги при резке (рис. 2, ж, з) или неточностью изготовления элементов плазмотрона (рис. 2, и, к). При средней наработке на отказ более 250–300 пусков расходных элементов (сопло и электрод) в процессе резки толстолистового (до 100 мм) проката несвоевременное выключение пусковой дуги или неточности изготовления могут снизить указанный параметр до 100–150 пусков. Процессы катастрофического выхода из строя плазмотронов приводят к резкому выходу устройства из строя даже при одном включении, их причиной является в основном недостаточный зазор между соплом и электродом.
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1